環(huán)境工程中的低溫等離子體技術(shù)分析

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摘要：低溫等離子體技術(shù)屬于現(xiàn)代高新技術(shù)，其中低溫等離子體包含電子與離子等多種成分，電子和離子之間存在顯著的反應(yīng)活性，能夠讓常規(guī)條件下無法開展或速度緩慢的化學(xué)反應(yīng)高效進行。本文首先對低溫等離子體技術(shù)進行簡析，然后其在環(huán)境工程的實際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：低溫等離子體；技術(shù)；環(huán)境工程

1近幾年，工業(yè)大力發(fā)展，與此同時，還帶來了巨大的環(huán)境污染，這對人類生存和社會發(fā)展產(chǎn)生了一定的影響，研究污染物排放控制，探究最新轉(zhuǎn)化手段已成為每一個環(huán)境工作人員的主要工作目標(biāo)

低溫等離子體這項技術(shù)不僅適用性高，而且耗能少，目前，其在環(huán)境污染處理中得到了一定的應(yīng)用，并成為主要探究內(nèi)容。因此，本文關(guān)于這項技術(shù)的研究具有重要的參考價值。

2低溫等離子體技術(shù)簡析

2.1內(nèi)涵和主要特點

等離子體主要指代電離度高于0.1%，自身正負(fù)電荷一樣的電離氣體，主要包含電子、離子與激發(fā)態(tài)原子等多個部分，電子與正離子電荷數(shù)一樣，在整體層面呈現(xiàn)電中性，區(qū)別于常規(guī)的三態(tài)，屬于第四種形態(tài)，基本特征為：帶電粒子內(nèi)部無凈庫侖力；屬于優(yōu)良、理想的導(dǎo)電流體，借助這一特性完成了磁流體發(fā)電；帶電離子內(nèi)部不存在凈磁力；電離氣體存在熱效應(yīng)。依照體系能量狀態(tài)以及離子密度，能夠把等離子體劃分成高溫與低溫等離子體，其中前者電離度近乎為1，每一種離子溫度大致相同，其體系處在熱力學(xué)平衡，通常應(yīng)用在受控?zé)岷朔磻?yīng)探索問題上；后者每一種離子溫度存在差異，電子溫度高出離子溫度，且系統(tǒng)處在熱力學(xué)非平衡情況，從宏觀層面而言，體系溫度偏低，其中氣體放電形成的等離子體均歸屬此類型，它和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)十分緊密。

2.2污染物去除機理

污染物去除機理是：基于外加電場，介質(zhì)放電形成的攜能電子對污染物分子產(chǎn)生轟擊，致使出現(xiàn)電離與解離等反應(yīng)，隨后發(fā)生不同的反應(yīng)，致使繁瑣大分子污染物成為結(jié)構(gòu)簡單、且安全系數(shù)較高的小分子物質(zhì)，以此來降解污染物。由于電離后形成的電子平均能量為5ev左右，合理調(diào)控反應(yīng)條件能夠達(dá)到常規(guī)條件下無法進行或速度遲緩的化學(xué)反應(yīng)。簡單來說，等離子技術(shù)在環(huán)境污染處理問題上具有顯著優(yōu)勢，并得到了國內(nèi)外的普遍關(guān)注。

3低溫等離子體技術(shù)在環(huán)境工程領(lǐng)域的實際應(yīng)用

3.1在廢氣處理過程的應(yīng)用

常規(guī)氣態(tài)污染物主要包含酸性無機與有機等不同的有害氣體。其中酸性無機物，一般是通過等離子體形成的氧化自由基和硫氧化物、氮氧化物進行反應(yīng)，基于氨氣或者水形成硫酸鹽，進而轉(zhuǎn)換為無害物質(zhì)。經(jīng)由長期的探索研究可知，催化劑在降解與消除有害氣體中發(fā)揮著巨大作用。而有機污染物通常是借助等離子體形成的高能電子和VOC分子出現(xiàn)碰撞，將其激發(fā)至更高能級，產(chǎn)生激發(fā)態(tài)分子，其內(nèi)能加大，致使化學(xué)鍵斷裂，產(chǎn)生活性物，同時，和其它物質(zhì)一起作用，形成二氧化碳、小分子化合物以及水。竹濤等若干人借助等離子體子，輔以納米技術(shù)處理甲苯，分析了各個電場強度條件和填料情形中的甲苯降解，最終結(jié)果表明當(dāng)電場強度處于14.3kv/cm時，則包含納米催化劑的相關(guān)填料進行填充操作，對應(yīng)的降解率能夠達(dá)到95%，較為理想。

3.2在臭氧合成過程的應(yīng)用

臭氧屬于強氧化劑和催化劑，能夠應(yīng)用在水的深層處理中，還可用于造紙漿漂白，其市場前景一片光明。臭氧合成與實際應(yīng)用為等離子體的代表性實例，且介質(zhì)阻擋放電為臭氧的主要生成手段。近些年，在臭氧發(fā)生器專業(yè)知識與實踐活動中進行的探索指出，臭氧發(fā)生器的基本發(fā)展走向為：高介電常數(shù)、狹小的放電間隙、理想的運動功能、不顯著的運行電壓、突出的電暈功率與優(yōu)良的冷卻系統(tǒng)。

3.3在汽車廢氣方面的應(yīng)用

汽車尾氣污染屬于全球性問題，汽車主要排放氮氧化物、一氧化碳、碳?xì)浠衔锱c黑粒，上述物質(zhì)都是城區(qū)的基本大氣污染物。通過介質(zhì)阻擋放電形成的活性物，輔以催化劑，能夠把汽車尾氣內(nèi)部的一氧化碳、氮氧化物與碳?xì)浠衔镞M行還原，還可將其解離成無害成分，不僅能夠去除黑煙，而且能夠脫掉一氧化碳和氮氧化合物，減少尾氣處理成本。利用進行一定改良的粉煤灰小球充當(dāng)催化劑，可大大改善污染物去除效果，并可提升汽車尾氣治理水平。

3.4在廢水處理過程的應(yīng)用

等離子技術(shù)集電子輻射、紫外光分解反應(yīng)和臭氧氧化這三種反應(yīng)于一身，可促進有機物降解。我國利用脈沖降解來處理有機廢水的探索工作最早著手于1996年，其中李勝利等人借助該技術(shù)面向2B水溶液實施了直接處理操作，研究結(jié)果表明通過高壓毫微秒脈沖對印染廢水進行處理，可把燃料大分子轉(zhuǎn)換為小分子，同時，在處理時間充足的條件下，還可把燃料分子內(nèi)部的芳香類物質(zhì)變成有機酸，這表明放電可破壞燃料分子，并具有生物降解功效。

3.5在工業(yè)化層面的應(yīng)用

等離子體技術(shù)屬于高新技術(shù)，是現(xiàn)下國內(nèi)外探索的主要議題。早在上世紀(jì)中期便已著手探索等離子體化學(xué)內(nèi)容，直至中后期，開始著手利用該技術(shù)處理一系列環(huán)境問題。然而，大部分研究僅僅停留在理論層面，有些處于中試階段，只有很少一部分進入了商業(yè)化階段。截止到當(dāng)前，國內(nèi)并不存在工業(yè)化相關(guān)處理設(shè)備，僅僅瑞士在低溫等離子體中實現(xiàn)了商業(yè)應(yīng)用，研究出較多的商業(yè)化產(chǎn)品，同時應(yīng)用在環(huán)境污染治理問題上，主要包含下述幾個應(yīng)用領(lǐng)域：臭氣消除、空氣凈化、廢氣內(nèi)低濃度溶劑消除、過濾有毒物質(zhì)。

4結(jié)語

低溫等離子技術(shù)填補了傳統(tǒng)方式的空白，反應(yīng)條件和常壓較為接近，且處理結(jié)果真實、可靠，不存在二次污染，成本低，結(jié)構(gòu)簡單，具有良好的發(fā)展前景?，F(xiàn)下相關(guān)研究正處在實驗室探索時期，為改善低溫等離子體技術(shù)，推進工業(yè)化進程，在未來應(yīng)向降解污染物等更深層次展開研究。

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作者:李欣 單位:河北柏特環(huán)境檢測有限公司